Элементы STEAM образования в формировании проектной деятельности обучающихся в старших классах
|
Введение з
Глава 1. Роль проектной деятельности в современном школьном образовании1з
1.1. Анализ психолого-педагогической литературы по организации проектной
деятельности на разных этапах её становления 13
1.2. Цели и задачи, решаемые в системе STEAM-образования 19
1.3. Возможности STEAM-образования в формировании проектной деятельности
у старших школьников 30
Выводы по первой главе зз
Глава 2. Проектная деятельности в старших классах в условиях на STEAM- образования 34
2.1. Математический аппарат, как основа построения математических моделей разного рода в STEAM-образовании 34
2.2. Формирование у обучающихся проектных компетенций в условиях STEAM-
образования 47
2.3. Содержание проектной деятельности в старших классах на основе элементов
STEM-образования 52
2.4. Анализ результатов сформированности проектных компетенций на разных
этапах педагогического исследования 64
Выводы по главе 2 83
Заключение 84
Библиографический список 84
ПРИЛОЖЕНИЯ 95
Глава 1. Роль проектной деятельности в современном школьном образовании1з
1.1. Анализ психолого-педагогической литературы по организации проектной
деятельности на разных этапах её становления 13
1.2. Цели и задачи, решаемые в системе STEAM-образования 19
1.3. Возможности STEAM-образования в формировании проектной деятельности
у старших школьников 30
Выводы по первой главе зз
Глава 2. Проектная деятельности в старших классах в условиях на STEAM- образования 34
2.1. Математический аппарат, как основа построения математических моделей разного рода в STEAM-образовании 34
2.2. Формирование у обучающихся проектных компетенций в условиях STEAM-
образования 47
2.3. Содержание проектной деятельности в старших классах на основе элементов
STEM-образования 52
2.4. Анализ результатов сформированности проектных компетенций на разных
этапах педагогического исследования 64
Выводы по главе 2 83
Заключение 84
Библиографический список 84
ПРИЛОЖЕНИЯ 95
Актуальность исследования. На сегодняшний день развитию инженернотехнологическому образованию в России уделяется большое внимание. Так, 23 июня 2014 года, на заседании Совета по науке и образованию президент Российской Федерации В. В. Путин заметил, что «лидерами глобального развития становятся те страны, которые способны создавать прорывные технологии и на их основе формировать собственную мощную производственную базу. Качество инженерных кадров становится одним из ключевых факторов конкурентоспособности государства и, что принципиально важно, основой для его технологической, экономической независимости».. Стратегической целью государственной политики в области развития науки и технологий, определенной в Основах политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2020 года и дальнейшую перспективу, утвержденных Президентом Российской Федерации 11 января 2012 г. N Пр-83, является обеспечение к 2030 году мирового уровня исследований и разработок и глобальной конкурентоспособности Российской Федерации на направлениях, определенных национальными научно-технологическими приоритетами. Это, в первую очередь, связано с тем, что инженерное образование отстает от реальных потребностей высокотехнологического производства в России. В связи с этим в образовании требуется серьезная модернизация. Так же задача «максимально внедрять инженерное образование и усиливать инженерно-технологическую подготовку выпускников» была поставлена руководством страны перед директорами школ и педагогами учебных заведений. Для решения данной задачи предполагается внести изменения в процесс обучения в школах и дополнительном образовании. Постановлением Правительства Российской Федерации от 15 апреля 2014 г. №301 Государственная программа Российской Федерации «Развитие науки и технологий» на 2013 - 2030 годы целевым ориентиром научно
технической и инновационной сферы на среднесрочный период направлен прежде всего на создание эффективной системы наращивания и наиболее полного использования интеллектульного потенциала нации. В 2019 году было принято решение досрочно прекратить реализацию государственной программы РФ «Развитие науки и технологий на 2013 - 2030 годы и утвердить государственную программу РФ «Научно-технологическое развитие Российской Федерации». [2].
Существенное изменение в качестве подготовки инженерных кадров следует ожидать, в первую очередь, когда абитуриенты будут обладать необходимыми функциональными математическими и естественнонаучными знаниями за счёт смещения содержания обучения на прикладные аспекты, понимания логико-содержательных связей между математическими, естественнонаучными и техническими учебными дисциплинами, обладать творческими формами исследования. К творчеству в форме исследования, в процессе которого учащийся находит объяснение эмпирически наблюдаемых явлений, что позволяет осмыслить действительность в рамках построения модели явления. Выбор пути развития способности к творчеству связан с включением учащегося в исследовательскую деятельность, при этим считая, что исследовательская деятельность является в широком смысле познавательной.
В педагогической литературе рассматриваются многие аспекты организации проектно-исследовательской деятельности учащихся. Различные подходы к этой теме можно проследить в трудах отечественных и зарубежных педагогов. История метода проектов связана с именами Д. Дьюи, В. Килпатрика, Э. Коллингса, а в отечественной педагогике - с именами С.Т. Шацкого, И.Ф. Свадковского. Обоснование современного метода проектов базируется на научных идеях В.В. Гузеева, Г.К. Селевко, И.С. Якиманской и др. Возможности проектной деятельности в образовательном процессе современной школы изучали И.А. Зимняя, Н.В. Матяш, Н.Ю. Пахомова, Е.С. Полат, и др. Предметом внимания в педагогических исследованиях являются: структура и содержание проектной деятельности (Т.М. Матвеева, Е.А. Мищенкои др.).
Наряду с позитивными моментами в практике на различных ступенях обучения Е.С. Полат, С.И. Поздеева и др. отмечают:
• формализм в организации проектно-исследовательской деятельности: педагоги, не понимая сущности данной технологии, пытаются использовать ее элементы, не меняя принципиально содержания и форм своей работы с учащимися;
• недостаточный уровень теоретической и практической подготовки педагогов к организации проектно-исследовательской деятельности, что ведет к снижению учебных и образовательных результатов.
В научных исследованиях и дискуссиях в области модернизации и реформ в образовании, часто встречается аббревиатуру STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics), как современный образовательный феномен, означающий повышение качества понимания обучающимися дисциплин, относящихся к науке, технологии, инженерии (иногда трактуется как техническое творчество) и математике за счет структурно-логического представления учебного материала по математическим и естественнонаучными учебными дисциплинами на основе логико-содержательных связей между ними. В результате у обучающихся формируются функциональные знания для решения практико-ориентированных инженерно-технических задач. В то же время в научной литературу обсуждают аббревиатуру "STEM" как «просто буквы», которые определяют обобщенный взгляд на межпредметные связи в процессе обучения математическим и естественнонаучным дисциплинам.
В связи с этим, создается новый формат дополнительного образования в виде технопарков, создающий условия для развития творчества, изобретательности, что будет способствовать развитию технических способностей учащихся. Развитие творчества учащихся всегда занимало центральное место в российском образовании, которое стало одной из ведущей компетенцией XXI века, поэтому вектор развития школьного образования. Одним из способов повышения интереса обучающихся к техническим наукам может стать внедрение в школьную образовательную программу элементов STEM- образования, объединяющего математику, механику, черчение, технологию и конструирование.
Введение STEAM-образовательной модели является важной составляющей многих проектов, реализуемых сегодня. Внедрение во многом зависит от создания новой предметно-пространственной среды, системы образования в целом, обновления контента, программно-методического обеспечения, материалов и технической базы, развитие кадрового потенциала системы образования в частности.
Растущий интерес учителей к STEM-методикам объясняется тем, что значительная часть задач, которые установлены образовательными стандартами РФ, может быть реализована с учетом идей, инструментов и методик, накопленных в рамках STEM-подхода. Концепция STEM не противоречит основным требованиям ФГОС, и в этом можно убедиться, приложив принципы STEM к образовательному стандарту основного общего образования.
1. Междисциплинарность - STEM-подход подразумевает объединение знаний и навыков из разных областей - науки, технологии, инженерии и математики - для решения конкретной задачи. Этот принцип противоречит требованиям предметного обучения, которые были актуальны до появления STEM-концепции. Однако, применение STEM-подхода позволяет лучше понимать связь между разными областями знаний и повышает эффективность обучения.
2. Креативность и инновационность - STEM-подход подразумевает активное использование творческого мышления и генерирование новых идей для решения задач. ФГОС также ставит перед обучающимися цель развития их творческих способностей, но STEM-методики помогают добиться этой цели более эффективно.
3. Критическое мышление - в STEM-подходе обучающиеся получают навыки анализа информации, критического подхода к решению задач и способности оценивать риски. Эти навыки необходимы для решения комплексных задач, что совпадает с целями ФГОС.
4. Применение знаний на практике - STEM-подход акцентирует внимание на практическом использовании знаний. Это позволяет обучающимся лучше понимать, как применять свои знания и навыки в реальной жизни. Этот принцип также воспринимается ФГОС.
5. Проектная форма организации обучения - STEM-подход подразумевает активную работу обучающихся над проектами, где они могут применять междисциплинарные знания и навыки для решения реальных проблем. Проектный подход также акцентирует внимание на самоорганизации, командной работе и развитии лидерских качеств. Эта форма организации обучения также соответствует требованиям ФГОС.
Проектная форма организации обучения и практическая направленность STEM создают более благоприятные по сравнению с классно-урочным обучением мотивационные и предметные предпосылки для реализации следующих требований ФГОС:
• организация активной учебно-познавательной деятельности;
• участие в социально значимом труде и приобретение практического опыта;
• формирование способности применять полученные знания на
практике, в том числе в социально-проектных ситуациях;
• формирование коммуникативной компетентности в общении и
сотрудничестве со сверстниками;
• ориентировка в мире профессий и формирование устойчивых познавательных интересов как основы выбора будущей профессии.
Ориентация на межпредметность и накопленный в рамках STEM опыт комплексного освоения математики и естественных наук создают более благоприятные условия для:
• применения математических и естественнонаучных знаний при решении образовательных задач;
• развития навыков формулирования гипотез, планирования и проведения экспериментов, оценки полученных результатов;....
технической и инновационной сферы на среднесрочный период направлен прежде всего на создание эффективной системы наращивания и наиболее полного использования интеллектульного потенциала нации. В 2019 году было принято решение досрочно прекратить реализацию государственной программы РФ «Развитие науки и технологий на 2013 - 2030 годы и утвердить государственную программу РФ «Научно-технологическое развитие Российской Федерации». [2].
Существенное изменение в качестве подготовки инженерных кадров следует ожидать, в первую очередь, когда абитуриенты будут обладать необходимыми функциональными математическими и естественнонаучными знаниями за счёт смещения содержания обучения на прикладные аспекты, понимания логико-содержательных связей между математическими, естественнонаучными и техническими учебными дисциплинами, обладать творческими формами исследования. К творчеству в форме исследования, в процессе которого учащийся находит объяснение эмпирически наблюдаемых явлений, что позволяет осмыслить действительность в рамках построения модели явления. Выбор пути развития способности к творчеству связан с включением учащегося в исследовательскую деятельность, при этим считая, что исследовательская деятельность является в широком смысле познавательной.
В педагогической литературе рассматриваются многие аспекты организации проектно-исследовательской деятельности учащихся. Различные подходы к этой теме можно проследить в трудах отечественных и зарубежных педагогов. История метода проектов связана с именами Д. Дьюи, В. Килпатрика, Э. Коллингса, а в отечественной педагогике - с именами С.Т. Шацкого, И.Ф. Свадковского. Обоснование современного метода проектов базируется на научных идеях В.В. Гузеева, Г.К. Селевко, И.С. Якиманской и др. Возможности проектной деятельности в образовательном процессе современной школы изучали И.А. Зимняя, Н.В. Матяш, Н.Ю. Пахомова, Е.С. Полат, и др. Предметом внимания в педагогических исследованиях являются: структура и содержание проектной деятельности (Т.М. Матвеева, Е.А. Мищенкои др.).
Наряду с позитивными моментами в практике на различных ступенях обучения Е.С. Полат, С.И. Поздеева и др. отмечают:
• формализм в организации проектно-исследовательской деятельности: педагоги, не понимая сущности данной технологии, пытаются использовать ее элементы, не меняя принципиально содержания и форм своей работы с учащимися;
• недостаточный уровень теоретической и практической подготовки педагогов к организации проектно-исследовательской деятельности, что ведет к снижению учебных и образовательных результатов.
В научных исследованиях и дискуссиях в области модернизации и реформ в образовании, часто встречается аббревиатуру STEM (Science, Technology, Engineering and Mathematics), как современный образовательный феномен, означающий повышение качества понимания обучающимися дисциплин, относящихся к науке, технологии, инженерии (иногда трактуется как техническое творчество) и математике за счет структурно-логического представления учебного материала по математическим и естественнонаучными учебными дисциплинами на основе логико-содержательных связей между ними. В результате у обучающихся формируются функциональные знания для решения практико-ориентированных инженерно-технических задач. В то же время в научной литературу обсуждают аббревиатуру "STEM" как «просто буквы», которые определяют обобщенный взгляд на межпредметные связи в процессе обучения математическим и естественнонаучным дисциплинам.
В связи с этим, создается новый формат дополнительного образования в виде технопарков, создающий условия для развития творчества, изобретательности, что будет способствовать развитию технических способностей учащихся. Развитие творчества учащихся всегда занимало центральное место в российском образовании, которое стало одной из ведущей компетенцией XXI века, поэтому вектор развития школьного образования. Одним из способов повышения интереса обучающихся к техническим наукам может стать внедрение в школьную образовательную программу элементов STEM- образования, объединяющего математику, механику, черчение, технологию и конструирование.
Введение STEAM-образовательной модели является важной составляющей многих проектов, реализуемых сегодня. Внедрение во многом зависит от создания новой предметно-пространственной среды, системы образования в целом, обновления контента, программно-методического обеспечения, материалов и технической базы, развитие кадрового потенциала системы образования в частности.
Растущий интерес учителей к STEM-методикам объясняется тем, что значительная часть задач, которые установлены образовательными стандартами РФ, может быть реализована с учетом идей, инструментов и методик, накопленных в рамках STEM-подхода. Концепция STEM не противоречит основным требованиям ФГОС, и в этом можно убедиться, приложив принципы STEM к образовательному стандарту основного общего образования.
1. Междисциплинарность - STEM-подход подразумевает объединение знаний и навыков из разных областей - науки, технологии, инженерии и математики - для решения конкретной задачи. Этот принцип противоречит требованиям предметного обучения, которые были актуальны до появления STEM-концепции. Однако, применение STEM-подхода позволяет лучше понимать связь между разными областями знаний и повышает эффективность обучения.
2. Креативность и инновационность - STEM-подход подразумевает активное использование творческого мышления и генерирование новых идей для решения задач. ФГОС также ставит перед обучающимися цель развития их творческих способностей, но STEM-методики помогают добиться этой цели более эффективно.
3. Критическое мышление - в STEM-подходе обучающиеся получают навыки анализа информации, критического подхода к решению задач и способности оценивать риски. Эти навыки необходимы для решения комплексных задач, что совпадает с целями ФГОС.
4. Применение знаний на практике - STEM-подход акцентирует внимание на практическом использовании знаний. Это позволяет обучающимся лучше понимать, как применять свои знания и навыки в реальной жизни. Этот принцип также воспринимается ФГОС.
5. Проектная форма организации обучения - STEM-подход подразумевает активную работу обучающихся над проектами, где они могут применять междисциплинарные знания и навыки для решения реальных проблем. Проектный подход также акцентирует внимание на самоорганизации, командной работе и развитии лидерских качеств. Эта форма организации обучения также соответствует требованиям ФГОС.
Проектная форма организации обучения и практическая направленность STEM создают более благоприятные по сравнению с классно-урочным обучением мотивационные и предметные предпосылки для реализации следующих требований ФГОС:
• организация активной учебно-познавательной деятельности;
• участие в социально значимом труде и приобретение практического опыта;
• формирование способности применять полученные знания на
практике, в том числе в социально-проектных ситуациях;
• формирование коммуникативной компетентности в общении и
сотрудничестве со сверстниками;
• ориентировка в мире профессий и формирование устойчивых познавательных интересов как основы выбора будущей профессии.
Ориентация на межпредметность и накопленный в рамках STEM опыт комплексного освоения математики и естественных наук создают более благоприятные условия для:
• применения математических и естественнонаучных знаний при решении образовательных задач;
• развития навыков формулирования гипотез, планирования и проведения экспериментов, оценки полученных результатов;....
Федеральный проект "Успех каждого ребенка" ставит перед школой важную задачу - выявление и поддержка талантов и способностей учащихся. Современный мир требует от людей высокой компетенции и готовности к жизни в условиях высоких технологий и конкуренции. Именно поэтому школы должны создавать условия не только для получения знаний, но и для развития личности обучающегося.
Для успешной адаптации выпускников школ в современном мире в данном исследовании предложен подход к организации проектной деятельности школьников в условиях STEAM образования. Под проектной деятельностью мы понимаем деятельность, ориентированную на решение конкретных задач и проблем, позволяющая учащимся приобретать и применять новые знания и умения, развивать качества лидерства и ответственности, развивать навыки коммуникации и работы в коллективе.
STEAM-образование - это инновационная модель обучения, объединяющая научные, технологические, инженерные, художественные и математические дисциплины. Она позволяет обучающимся совершенствовать свои знания и навыки в различных областях, что помогает им стать увереннее в современном мире и имеет существенные STEAM-образование определяется как:
1. Интегрированное обучение по темам, а не по предметам.
2. Применение научно-технических знаний в реальной жизни.
3. Развитие навыков критического мышления и разрешения проблем.
4. Формирование уверенности в своих силах.
5. Активная коммуникация и командная работа.
6. Умение исследовать мир, строя математические модеди явлений.
Математические модели создаются на основе содержательных моделей, которые отражают существенные свойства моделируемого объекта или процесса и содержит описание входных параметров (управляемых или стохастических), внутренних параметров и выходных параметров. Создание математической модели происходит путем формализации содержательной модели в виде уравнений, систем уравнений различных видов, неравенств или отношений. При этом, математический аппарат является основой построения математических моделей в различных областях знаний, в том числе в STEAM-обучении. Он позволяет описывать и предсказывать поведение объектов и процессов в реальном мире, а также проектировать и оптимизировать различные системы и процессы.
Одна из целей работы - изучить эффект стимулирования учебной активности обучающихся за счет проектной деятельности, при этом формировать проектные компетенции в рамках STEAM-образования, .
В работе сделано уточнение понятия «проектная деятельность», как комплекс действий, связанных с приобретением, применением и усвоением новых знаний и умений в процессе решения конкретной проблемы или задачи. Она предполагает использование определенных методов и технологий, а также взаимодействие участников команды и руководителя проекта.
Скореллировано понятие «интердисциплинарная проектная деятельность» - . рамках проекта решается не только одна задача, но и открываются новые знания в различных областях науки и техники.
Выявлено, проектная деятельность в условиях STEM-образования:
• повышает интерес обучающихся к инженерной деятельности, помогает школьникам увидеть, каким образом наука применяется в реальной жизни и как она может помочь решать многие проблемы;
• развивает такие навыки, как умение работать в команде, лидерские качества;
• формирует мотивацию к сознательному выбору будующей профессии, так как получая элементы STEM-образования, школьники получают предствавления об инженерных профессиях, о научной работе и др.
• Результаты педагогического исследования исследования показали, что использование STEAM-образования в формировании проектной деятельности обучающихся старших классов позволяет существенно повысить уровень развития проектной компетенции учащихся и эффективность образовательного процесса в целом.
- Таким образом, элементы STEAM-образования могут стать важным
инструментом в развитии проектной деятельности учащихся старших классов и повышении качества образования. Результаты исследования могут быть использованы педагогами при организации образовательного процесса и формировании проектной деятельности учащихся в современных условиях.
Для успешной адаптации выпускников школ в современном мире в данном исследовании предложен подход к организации проектной деятельности школьников в условиях STEAM образования. Под проектной деятельностью мы понимаем деятельность, ориентированную на решение конкретных задач и проблем, позволяющая учащимся приобретать и применять новые знания и умения, развивать качества лидерства и ответственности, развивать навыки коммуникации и работы в коллективе.
STEAM-образование - это инновационная модель обучения, объединяющая научные, технологические, инженерные, художественные и математические дисциплины. Она позволяет обучающимся совершенствовать свои знания и навыки в различных областях, что помогает им стать увереннее в современном мире и имеет существенные STEAM-образование определяется как:
1. Интегрированное обучение по темам, а не по предметам.
2. Применение научно-технических знаний в реальной жизни.
3. Развитие навыков критического мышления и разрешения проблем.
4. Формирование уверенности в своих силах.
5. Активная коммуникация и командная работа.
6. Умение исследовать мир, строя математические модеди явлений.
Математические модели создаются на основе содержательных моделей, которые отражают существенные свойства моделируемого объекта или процесса и содержит описание входных параметров (управляемых или стохастических), внутренних параметров и выходных параметров. Создание математической модели происходит путем формализации содержательной модели в виде уравнений, систем уравнений различных видов, неравенств или отношений. При этом, математический аппарат является основой построения математических моделей в различных областях знаний, в том числе в STEAM-обучении. Он позволяет описывать и предсказывать поведение объектов и процессов в реальном мире, а также проектировать и оптимизировать различные системы и процессы.
Одна из целей работы - изучить эффект стимулирования учебной активности обучающихся за счет проектной деятельности, при этом формировать проектные компетенции в рамках STEAM-образования, .
В работе сделано уточнение понятия «проектная деятельность», как комплекс действий, связанных с приобретением, применением и усвоением новых знаний и умений в процессе решения конкретной проблемы или задачи. Она предполагает использование определенных методов и технологий, а также взаимодействие участников команды и руководителя проекта.
Скореллировано понятие «интердисциплинарная проектная деятельность» - . рамках проекта решается не только одна задача, но и открываются новые знания в различных областях науки и техники.
Выявлено, проектная деятельность в условиях STEM-образования:
• повышает интерес обучающихся к инженерной деятельности, помогает школьникам увидеть, каким образом наука применяется в реальной жизни и как она может помочь решать многие проблемы;
• развивает такие навыки, как умение работать в команде, лидерские качества;
• формирует мотивацию к сознательному выбору будующей профессии, так как получая элементы STEM-образования, школьники получают предствавления об инженерных профессиях, о научной работе и др.
• Результаты педагогического исследования исследования показали, что использование STEAM-образования в формировании проектной деятельности обучающихся старших классов позволяет существенно повысить уровень развития проектной компетенции учащихся и эффективность образовательного процесса в целом.
- Таким образом, элементы STEAM-образования могут стать важным
инструментом в развитии проектной деятельности учащихся старших классов и повышении качества образования. Результаты исследования могут быть использованы педагогами при организации образовательного процесса и формировании проектной деятельности учащихся в современных условиях.
